Nuovo sistema elettrochimico senza membrana rende la cattura del carbonio più economica ed efficiente, con applicazioni anche nelle batterie.
La cattura del carbonio è considerata una tecnologia chiave per ridurre le emissioni dei grandi impianti industriali, come centrali a carbone e gas, cementifici e acciaierie. Questi settori, difficili da decarbonizzare, continuano a produrre enormi quantità di CO₂. Un gruppo di ricerca dell’Università di Houston ha sviluppato un processo che promette di abbattere i costi e i consumi legati a questa pratica, rendendola più accessibile e diffusa. Il lavoro, pubblicato su Nature Communications, introduce una soluzione “membraneless”, cioè senza membrana, che rivoluziona l’architettura dei sistemi esistenti.
Cattura del carbonio con meno energia e meno costi
Nei metodi tradizionali la CO₂ viene separata dai fumi caldi utilizzando solventi a base di ammine e un sistema di rigenerazione che richiede molta energia. I processi elettrochimici nati negli ultimi anni hanno offerto una via alternativa, ma l’elemento più costoso e fragile era la membrana a scambio ionico.
Il gruppo di ricerca guidato da Mim Rahimi, professore presso il Cullen College of Engineering dell’Università di Houston hanno trovato il modo di eliminarla grazie a speciali elettrodi a diffusione di gas. Questo cambiamento riduce la complessità dell’impianto, elimina pompe e colonne di assorbimento e rende il modulo più compatto e modulare. Significa che la cattura del carbonio può essere installata anche in spazi ridotti e adattata a diverse realtà industriali.
Efficienza superiore al 90%
I test di laboratorio hanno mostrato un’efficienza di rimozione della CO₂ superiore al 90%, con consumi energetici molto più bassi rispetto al passato. Il costo stimato scende così a circa 70 dollari per tonnellata di anidride carbonica catturata, la metà rispetto ai 137 dollari dei sistemi convenzionali.
Non solo: secondo le simulazioni, ulteriori miglioramenti potrebbero portare a un costo sotto i 50 dollari per tonnellata. Questo renderebbe la cattura del carbonio davvero competitiva per le grandi industrie, oggi alle prese con target ambientali sempre più stringenti.
I ricercatori hanno dimostrato che le prestazioni migliori si ottengono con elettrodi a base di rame, ottimizzando lo spessore e la porosità per favorire il passaggio del gas.
Batterie a flusso al vanadio per la cattura del carbonio
Il progetto non si ferma qui. Una seconda ricerca, pubblicata su ACS ES&T Engineering, ha esplorato un sistema ancora più ambizioso: una batteria a flusso al vanadio capace di catturare CO₂ mentre immagazzina energia rinnovabile.
Durante la fase di carica, la batteria assorbe l’anidride carbonica, che viene poi rilasciata in fase di scarica. In questo modo un unico dispositivo può contribuire sia alla stabilizzazione della rete elettrica, accumulando energia da fonti intermittenti come eolico e solare, sia alla riduzione delle emissioni.
È un approccio “due in uno” che guarda a un futuro in cui le tecnologie energetiche e ambientali lavorano insieme, aumentando l’efficienza complessiva dei sistemi.
Verso applicazioni industriali
I vantaggi principali della nuova configurazione sono la semplicità e la modularità. Eliminando la membrana e altri componenti delicati, il sistema diventa più robusto e meno costoso da mantenere.
Questo apre possibilità concrete di applicazione nei grandi impianti industriali e nelle centrali elettriche esistenti, senza richiedere stravolgimenti dell’infrastruttura.
Restano da affrontare alcune sfide, come i test di durata a lungo termine e la resistenza del sistema a impurità presenti nei fumi, per esempio ossidi di zolfo.
Tuttavia, i risultati già ottenuti dimostrano che la cattura del carbonio può diventare una tecnologia praticabile e conveniente, parte integrante della strategia globale di decarbonizzazione.
